Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ факторов влияющих на шероховатость оптической поверхности 9
1.1. Статистические характеристики шероховатости поверхности 9
1.1.1. Среднеквадратическая и среднеарифметическая величина неровностей поверхности 10
1.1.2. Среднеквадратический наклон неровностей 12
1.1.3. Функция распределения микронеровностей по высотам и по углу наклона 14
1.1.4. Среднекубическое распределение или асимметрия микронеровностей 17
1.1.5. Анализ влияния экстремальных дефектов поверхности на оценку шероховатости 19
1.1.6. Автоковариационная функция длина корреляциопростран-ственной длине волны поверхности 19
1.1.7. Функция спектральной плотности мощности 22
1.2. Статистические характеристики некоторых изображений поверхности 26
1.3. Механизм образования микронеровностей 35
1.3.1. Микроскопический излом 35
1.3.2. Оплавление поверхности стекла в процессе обработки (термопластический механизм) 36
1.3.3. Химические реакции в поверхностном слое 37
1.4. Механизм шлифования 38
1.4.1 Обрабатывающие материалы 42
1.5. Методы наблюдения и аттестации шероховатости 43
1.5.1. Наблюдение рассеянного поверхностью света 43
1.5.2. Применение интерференционного дифференциально-контрастного микроскопа (микроскоп Номарского) 44
1.5.3. Применение электронных микроскопов 46
1.5.4. Механические методы измерения шероховатости 46
1.5.5. Оптические методы контроля шероховатости 48
1.6. Лучевая прочность шероховатых поверхностей 50
1.7. Методы определения лучевой прочности 54
1.8. Выводы 56
Глава 2. Исследование влияния технологических факторов на параметры шероховатости оптической поверхности в процессе шлифования 7
2.1. Влияние размера абразива на параметры шероховатости разных марок оптических материалов 60
2.2. Влияние давления и скорости вращения инструмента на параметры шероховатости разных марок оптических материалов 69
2.3 Исследование распределения шероховатости по поверхности оптической детали 81
2.4. Выводы 87
Глава 3. Исследование влияния технологических факторов на параметры шероховатости оптической поверхности в процессе полирования 88
3.1. Уменьшение микронеровностей механическим методом на стадии полирования 94
3.2. Физико-химическая стадия обработки оптической поверхности 98
3.3.Термодинамическая обработка (размягчение, увеличение вязкостиповерхности поверхностного слоя) для корректировки поверхности 104
3.4. Выводы 111
Глава 4. Исследование лучевой стойкости оптической поверхности 112
4.1. Влияние параметров шероховатости на лучевую стойкость оптической поверхности 113
4.2. Исследования влияния условий обработки оптической поверхности на лучевую стойкость оптической поверхности
4.3. Корреляционные связи между величиной лучевой прочности и шероховатостью поверхности оптических материалов
4.4. Выводы 125
Заключение 126
Список литературы 128
- Функция распределения микронеровностей по высотам и по углу наклона
- Влияние давления и скорости вращения инструмента на параметры шероховатости разных марок оптических материалов
- Физико-химическая стадия обработки оптической поверхности
- Исследования влияния условий обработки оптической поверхности на лучевую стойкость оптической поверхности
Введение к работе
Расширение спектрального диапазона, в котором работают современные оптические приборы, в коротковолновую область (ультрафиолетовая и вакуумная ультрафиолетовая) требует уменьшения неровностей на преломляющих и отражающих поверхностях для уменьшения рассеивания. Развитие лазерной техники и использование сверхгладких поверхностей, приводит к необходимости создания поверхностей, шероховатость которых не превышает А/1000. Исследование процессов полирования и шлифования поверхности являются необходимыми для усовершенствования технологических процессов обработки оптических элементов. Исследование динамики образования шероховатой поверхности при шлифовании и полировании свободным абразивом, помимо чисто научного интереса, позволит разработать возможные пути изготовления сверхгладких поверхностей. Аналитические сведения об изменении параметров шероховатости позволят автоматизировать процесс обработки оптических поверхностей.
Поскольку шероховатость поверхности даёт количественные статистические данные о её структуре необходимо провести исследование динамики шероховатости оптических поверхностей на разных стадиях изготовления. Эти данные позволят разработать и исследовать технологию получения поверхности с минимально возможной шероховатостью.
В диссертации приведён анализ влияния технологических процессов обработки (процессов шлифования и полирования) различных марок стёкол (крон и флинт) на их шероховатость.
Цель работы является разработка исследование динамики шероховатости при механической обработке оптических поверхностей.
Экспериментальное определение связи между шероховатостью обрабатываемой поверхности и зернистостью обрабатывающего абразива.
Установление связи между шероховатостью обрабатываемой поверхности и относительной скоростью вращения инструмента и деталей на стадии шлифования при фиксированной величине давления на блок деталей.
Определение зависимости между шероховатостью обрабатываемой поверхности и давлением блока деталей на обрабатывающий инструмент в процессе шлифования при фиксированной относительной скорости вращения инструмента и деталей.
Экспериментальное исследование распределения величины шероховатости по поверхности оптической детали на стадии шлифования свободным абразивом.
Определение влияния длительности процесса полирования на величину шероховатости.
Анализ влияния величины шероховатости оптической поверхности на лучевую прочность деталей.
Установление корреляционной зависимости между величиной шероховатости оптической поверхности и лучевой прочностью для разных марок стекол.
Основные результаты, выносимые на защиту:
1. Зависимость среднеарифметической величины шероховатости поверхности, полученной при обработке свободным абразивом, от зернистости абразива для стёкол марок К-108 и SF-13.
Зависимость среднеарифметической величины шероховатости поверхности, полученной при обработке свободным абразивом, от скорости вращения инструмента для стекла марок К-108 и SF-13
Зависимость среднеарифметической величины шероховатости поверхности, полученной при обработке свободным абразивом, от давления блока деталей на инструмент (шлифовальник) для стекол марок К-108 и SF-3.
Распределение величины шероховатости по поверхности оптических деталей.
Зависимость среднеарифметической шероховатости оптических поверхностей от времени полирования.
6. Функциональная связь между параметрами шероховатости и величиной лазерной прочности оптических поверхностей для деталей, изготовленных из стекол ВК-7 и SF-13.
Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. В первой главе приведён анализ факторов, влияющих на шероховатость оптической поверхности. Рассмотрены статические характеристики шероховатости поверхности: среднеквадратическое и среднеарифметическое значение микронеровностей поверхности, среднеквадратический наклон микронеровностей поверхности, функция распределения микронеровностей по высотам и по углу наклона, среднеквадратическое распределение или ассиметрия микронеровностей, анализ влияния экстремальных дефектов поверхности на оценку шероховатости, автокорреляционная функции высот шероховатости, функция спектральной плотности мощности, статические характеристики некоторых изображений поверхности. Для объяснения процесса обработки оптических деталей в главе приводится информация о механизме шлифования и физико- химических факторах, которые влияют на шероховатость оптической поверхности. Показано так же влияние свойств зёрен абразива на процесс шлифования, а так же относительной скорости блока, на котором расположены обрабатываемые детали, и обрабатывающего инструмента, давления деталей на обрабатывающий инструмент.
Рассмотрены три механизма процесса полирования, которые влияют на уменьшение микронеровности. В последнем разделе первой главы рассмотрены механизмы лазерного разрушения оптической поверхности и приповерхностного объёма оптической детали, а также методы измерения лучевой прочности оптической поверхности.
Вторая глава посвящена исследованию влияния технологических факторов на параметры шероховатости оптической поверхности в процессе шлифования. Для исследования факторов, которые влияют на значения шероховатости оптической поверхности величина шероховатости определялась на приборе Alfa-Step -20. Для обработки оптических деталей поверхностным притиром с использованием свободного абразива был использован станок ШП-500.
В первой части этой главы приводится анализ влияния зернистости (размера) абразива на значение шероховатости оптической поверхности для стёкол марок К-8 и ТФ-1. Экспериментальные результаты, связывающие значения среднеарифметической величины шероховатости шлифованной поверхности и зернистость использованного для получения этой поверхности абразива приведены в таблицах и на рисунках.
В работе так же были исследованы влияния давления блока деталей на шлифовальник для тех же марок стёкол и скорость вращения инструмента. Экспериментальные результаты представлены в диссертации, где представлено распределение среднего значения шероховатости от логарифма давления для всех использованных скоростей вращения инструмента.
В последней части второй главы исследовано распределение шероховатости по поверхности оптической детали.
В третьей главе исследовано влияние технологических факторов на параметры шероховатости оптической поверхности в процессе полирования.
Было исследовано влияние начального значения шероховатости на характер изменения величины микронеровностей в процессе полирования, исследования были проведены для нескольких начальных значений величины шероховатости. Были исследованы оптические поверхности, при получении которых на последней стадии шлифования использовались абразивы диаметром 20, 18,15, 12, 10, 9, 5мкм, такие абразивы обеспечивали различное значение величины шероховатости на начальной стадии процесса полирования.
В результате проведённых экспериментов была получена математическая формула, которая определяет шероховатость в любой момент времени t. В работе представлен анализ этой зависимости от свойств стекла и условий работы (скорости вращения стекла, частота подачи суспензии, давления блока инструмента на детали).
В четвёртой главе проанализировано влияние шероховатости на рассеяние света и лучевую прочность оптической детали, показана взаимосвязь между лучевой прочностью и шероховатостью оптической поверхности.
Функция распределения микронеровностей по высотам и по углу наклона
Дополнительную информацию о поверхности получают, анализируя функции распределения и форму профиля. Функции распределения по высоте (и/или по наклону) представляют собой гистограммы, показывающие долю значений высот (или наклонов) поверхности, которая приходится на интервал между данной высотой (наклоном) и увеличенным на бесконечно малое приращение значением высоты (или наклона). Пример гистограммы по высотам поверхности показан на рис. 1.3.
Рассмотрим сначала функцию распределения по высотам. В качестве примера возьмём функцию распределения, показанную на рис. 1.4, которая была построена по результатам измерения профиля поверхности. Диапазон высот Z,. на этом рисунке от 0 до +200А. Общее число измеренных высот равно N. Для построения функции распределения высот была выбрана величина приращения 5А. Было найдено, что число высот, лежащих между 0 и +5А равно Nx, между 5 и 10А - N2 и т.д. Таким же образом определённое число высот лежало ниже среднего уровня поверхности. Сумма всех Nk равна N. Доля %, от общего числа точек, приходящаяся на интервал между z и z + Az (Az = 5A), рассчитывалось для каждого значения Nk. Полученные значения /г откладывались в функции z как для положительных (выше среднего уровня поверхности), так и для отрицательных (ниже среднего уровня поверхности) высот, в результате чего и получалась гистограмма, показанная на рис. 1.4. Мы перемножим все значения N к/ы на Аг и просуммируем их. "Псевдоплощадь" получится равной: NL max (1.6) "площадь" под гистограммой = Г—t&z = Az. mm Функции распределения по высоте обычно имеют гауссову форму как показано на рис. 1.4. Гауссоиду F(z) можно записать в виде
Функции распределения наклонов похожи на функции распределения высот. Если знак наклона сохраняется, можно использовать уравнения (1.6-1.9), подставив вместо высот наклон. Если комбинируются и положительные, и отрицательные значения наклонов, гистограммы будут односторонними. Тогда, чтобы рассчитать наиболее точно совпадающую с измеренной гистограммой гауссоиду, в уравнение (1.9) нужно подставить в знаменатель коэффициент 2: Л = А/?2 (1.10) 2т-42% где т - среднеквадратическое значение наклона; Am - выбранное приращение наклона.
Уравнение (1.10) определяет амплитуду гауссоиды, которая очерчивает ту же площадь под кривой, что и односторонняя гистограмма распределения наклонов.
Если на поверхности находятся частицы или небольшие углубления, они дадут большие положительные и отрицательные значения наклонов, так что на построенных по измерениям гистограммах появятся длинные хвосты и среднеквадратическое значение наклонов будет больше, чем, если бы эти возвышающиеся над поверхностью частицы или углубления на поверхности отсутствовали. Таким образом, гауссоиды, очерчивающие ту же площадь, что и площадь под полученными из измерений гистограммами, будут иметь много меньшие амплитуды.
Среднекубическое распределение или асимметрия микронеровностей Асимметрия есть мера симметричности профиля относительно среднего уровня поверхности [1]. Например, если профиль представляет довольно гладкую поверхность, но с глубокими царапинами или впадинами, он будет явно несимметричным и будет характеризоваться определённой асимметрией. Поверхности сами по себе гладкие, но покрыты макрочастицами, такими как пыль и брызги от наносимых испарением материалов будут иметь несимметричную функцию распределения, как показано на рис. 1.5. Средний уровень поверхности по расчёту получается несколько выше, чем истинный уровень, так что максимум гистограммы оказывается немного левее нулевой отметки высоты. Аналогичным образом, если поверхность имеет много углублений (что так же показано на рис. 1.5), то средний уровень поверхности по расчёту окажется немного ниже истинного уровня и максимум гистограммы будет, сдвинут вправо от нулевой отметки высоты. Асимметрия распределений, подобных показанным на рис. 1.5, математически определяется следующим образом [1]: асимметрия= -J-—J zf (1.11) Параметр z; будет весьма существенен для точек, лежащих далеко от среднего уровня. Знак асимметрии будет указывать, лежат ли точки, VV» V: W AWv i » ,r v V V - N , Нор ШШЬЙЙЯ поверхность ЬЛл Л Рис. 1.5. Функции распределения по высоте и эквивалентные гауссоиды для нормальной поверхности и поверхностей с бугорками и впадинами удалённые от среднего уровня, выше него (положительная асимметрия), или ниже (отрицательная асимметрия). Таким образом, скопление бугорков на поверхности, изображённой на рис. 1.5, даст положительную асимметрию, а углубления на поверхности отрицательную.
Влияние давления и скорости вращения инструмента на параметры шероховатости разных марок оптических материалов
Известно, что скорость, которую получает зерно абразива при шлифовании, придаёт зерну кинематическую энергию, необходимую для срезания выступающих частей поверхности стекла. Эту скорость абразив в основном получает от движения инструмента по поверхности детали. Чем больше эта скорость, тем большей энергией обладает зерно абразива. Часть зёрен ударяется о рельефную поверхность стекла, после многократного соударения происходит разрушение, как рельефной поверхности стекла, так и самого зерна. Этот процесс приводит к образованию нового рельефа поверхности, у которого шероховатость ниже первоначальной. При больших скоростях происходит быстрое удаление абразива из зоны контакта инструмента с обрабатываемой поверхность, что вызывает необходимость в увеличении скорости подачи абразива в зону обработки.
При высокой скорости подачи абразива в работе в основном участвуют зёрна максимального размера. Это не снижает шероховатость стекла и приводит к образованию царапин на его поверхности. Поэтому необходимо выбрать оптимальную скорость подачи абразива в рабочую зону, такую, чтобы в процессе обработки стекла беспрерывно уменьшалась его шероховатость.
Для выбора оптимальной скорости было исследовано влияние реальных скоростей вращения инструмента (со), а именно: Юоб/мин, ЗОоб/мин, 50об/мин и 75об/мин, на получение поверхности с некоторой шероховатостью. Обработка деталей производилась на том же станке, исследовались детали изготовленные из стекла К-108 и SF-13. Аттестация шероховатости приведена для точки с координатой х=33мм. Полученные результаты представлены в таблице 2.2.1
На рис. 2.2.1 представлены зависимости распределения шероховатости в точке с координатой 33мм в зависимости от скорости вращения инструмента.
Для каждого постоянного давления существует своё распределение величины шероховатости поверхности от скорости вращения инструмента. Видно, что существует оптимальная скорость, которая обеспечивает получение минимальной шероховатости обрабатываемой поверхности. Из представленных в таблицах 2.2.1 и 2.2.2 можно получить среднее значение шероховатости для скорости вращения инструмента для каждого диаметра абразива. Эти результаты представлены в таблице 2.2.3
Как видно из графика существует взаимосвязь между скоростью и шероховатостью: Ra-(lnco) . Скорость вращения инструмента, обеспечивающая минимальную шероховатость для стекла К-108 - 30 об/мин, а для SF-13 - (20-30) об/мин.
Сила, прикладываемая к инструменту, определяется, в первую очередь, механической характеристикой стекла, т.е. твёрдостью по сошлифовыванию. Давление, с которым инструмент давит на абразив, определяет глубину проникновения абразива в стекло и степень разрушения последнего. Прикладываемая сила из-за движения инструмента разлагается на две части. Составляющая, направленная перпендикулярно к обрабатываемой поверхности, будет определять по формуле: w = FN All где w - работа, направленная на разрушение стекла, FN - перпендикулярная составляющая силы, прикладываемой к инструменту, Ah - глубина проникновения абразива внутрь стекла.
При расчётах пренебрегается частью энергии, направленной на нагрев инструмента, абразива и обрабатываемого материала. При увеличении прикладываемой силы в процессе движения должна увеличиться глубина проникновения абразива в стекло и, следовательно, должны образоваться более глубокие царапины на поверхности стекла. Но при этом возможно разрушение самого абразива, что приведёт к уменьшению глубины царапин, это повлечёт за собой снижение шероховатости, но удлинит процесс обработки. Исходя из того, что для каждой марки стекла существует значение давления, обеспечивающее оптимальный режим шлифования выбирается сила, с которой инструмент давит на абразив. Для твёрдых стёкол увеличение прикладываемого давления приводит к уменьшению шероховатости, поскольку обрабатываемый материал обладает значительной прочностью, а разрушаются только зёрна абразива.
Физико-химическая стадия обработки оптической поверхности
При полировании поверхности с большой шероховатостью уменьшение рельефа происходит с высокой скоростью (рис.3.2, табл. 3.3), как для стекла марки ТФ-1, так и для стекла марки ВК-7, т.е. не зависимо от химического состава стекла. Начальная шероховатость перед полированием составляет от 150нм до ЮООнм, а диаметр полирующего абразива примерно 1мкм, что равно ЮООнм. Суспензия, состоящая из воды и полирующего абразива, проходя через микронеровности, начинает механически разрушать рельефный слой. Выступающие, острые части стекла легко подвергаются процессу разрушения при воздействии на них двигающегося абразива. На этой стадии полирования оказывают некоторое влияние на разрушение рельефного слоя и химические процессы, это влияние заключается в размягчении поверхности стекла водой, входящей в состав суспензии. Главную роль на этой стадии, однако, играет процесс механического разрушения, поскольку при ударе зёрен абразива разрушается большое количество микронеровностей, химические процесс выполняют поддерживающую роль. Это наблюдается в течении первых двух часов.
В течение следующих четырёх часов роль механического фактора уменьшается, шероховатость в этот промежуток времени лежит в интервале от 5 нм до 50нм. Такая шероховатость значительно меньше диаметра полирующего абразива, поэтому фактор механического разрушения
Распределение шероховатости в зависимости от времени полирования механического разрушения рельефного слоя здесь незначительный. На этой стадии зерна только царапают поверхность, не разрушая её. В последние четыре часа (6-10 час полирования) влияние механического фактора ослабляется, и, возможно, сводится на нет.
Весь процесс полирования можно разделить на три стадии, границы этих стадий легко увидеть, если рассмотреть представленные на рис. 3.2 зависимости в логарифмическом масштабе. На рис.3.3 представлены зависимости логарифма шероховатости от времени полирования оптической детали. Эта зависимость может быть представлена в виде ломаной линии, каждой участок которой имеет свой наклон и определяет разные стадии полирования оптической поверхности. Для каждой марки стекла характер зависимости постоянен, а отличие наблюдается только в величине наклонов каждой прямой. Для каждой стадии полирования можно определить зависимость величины шероховатости Ra от времени. Это линейная зависимость, она может быть описана следующим уравнением: lnRa = mt + P, где т- характеризует наклон прямой, ар — шероховатость поверхности в начальный момент времени. Эту зависимость можно зависать в иной форме: Ra(t) = Ra(0)e"mt, где Ra(0)= р. (3.1)
Исходя из этого, следует отметить, что каждая стадия полирования характеризуется значением величин Ra(0) и т. Это соотношение между шероховатостью и временем характерно для каждой стадии полирования. Не зависимо от того, абразивом какого размера осуществлялось шлифование оптической поверхности, наклон прямой, характеризующий определенную стадию полирования будет постоянным. liiRa 4
Ещё раз обратимся к рисунку 3.2. Рассмотрим крайние ситуации, когда Ra = 155 нм, это реализуется в случае, когда шлифование исследуемой поверхности производилось абразивом диаметром 5мкм и Ra=625HM, когда шлифование производилось абразивом диаметром 20мкм. Шероховатость Ra =155 нм соответствует шероховатости в начальный момент времени для первого случая и получается примерно через час обработки во втором случае. Можно предположить, что в дальнейшем изменение шероховатости будет происходить одинаково, но, как видно из рисунка это не наблюдается. С нашей точки зрения это отличие может быть объяснено следующим: при шлифовании абразивом более крупного размера величина трещиноватого слоя будет больше, и поэтому уменьшение шероховатости при полировании будет осложняться тем, что требуется удалять этот трещиноватый слой. Трещиноватый слой, не зависимо от его величины полностью удаляется за первые четыре часа полирования и размер шероховатости после четырёх часов полирования становится одинаковым для всех оптических поверхностей, не зависимо от того, каким абразивом было осуществлено шлифование.
Коэффициент m в формуле 3.1 зависит от свойств стекла (твёрдость, химический состав), от твёрдости абразива, условий обработки и стадии процесса полирования. Твёрдость абразива определяется не только его химическим составом, но и его температурой размягчения, которая регулируется термодинамической обработкой абразива. Самой оптимальной твёрдостью, которая соответствует 900С, является 7 Mohs [41]. Если абразив обладает большей твёрдостью, то производительность процесса падает, поскольку зёрна не разрушаются в процессе обработки, если твёрдость меньше, то не будет происходить процесс разрушения стекла.
Исследования влияния условий обработки оптической поверхности на лучевую стойкость оптической поверхности
Возрастающая потребность в прецизионных приборов, в состав которых входят лазеры, в медицине, в обрабатывающей промышленности, в системах связи приводит к необходимости создания оптических элементов приборов с высокой лучевой стойкостью. С этой целью в передающих излучение системах используются оптические детали с высокой лучевой стойкостью, для продления срока эксплуатации такой техники при постоянных технико-эксплуатационных характеристиках.
Лучевая прочность оптических элементов может быть определена через объёмную и поверхностную прочность оптических элементов. Объёмная прочность зависит от механических, термодинамических, физико-химических и оптических свойств материала, из которого изготавливается оптическая деталь. Материал выбирается из конструктивных требований и на его прочностные характеристики сложно оказать влияние.
Поверхностная стойкость оптической детали определяется качеством её поверхности. Под качеством поверхности понимается наличие всевозможных загрязнений на её поверхности (пыль, жир, остатки полирующего абразива, продукты разложения чистящих средств, остатки смолы, с помощью которой фиксируется положение детали на поверхности приспособления при формообразовании оптической детали), а также шероховатость поверхности, глубина трещиноватого слоя и наличие дефектов на ней (царапины, точки, вскрытые пузыри).
В данной главе будет представлены результаты исследования влияние параметров шероховатости на лучевую стойкость оптической поверхности, влияние условий обработки оптической плотности на лучевую стойкость оптической поверхности, корреляционные связи между величиной лучевой прочности и шероховатостью поверхности оптических материалов.
Рассмотрим, как реализуется объёмное и поверхностное разрушение при воздействии лазера на оптическую деталь. Этот процесс можно представить как совокупность трёх составляющих:
1. при воздействии на диэлектрик (в нашем случае - стекло) сильного электрического поля возможно изменение электропроводимости стекла, т.е. она может стать проводником; известно, что в стекле существует напряжение от 1 до 5 мВ/см [42].
2. при длительном воздействии лазера на стекло, последнее может переходить в плазму, тогда в материале будет наблюдаться неоднородность поглощения. Это увеличит поглощение света, приведёт к нагреванию материала, а возможно и к его разрушению.
3. при приложении к детали высокого электрического поля внутри оптической детали не будет наблюдаться равномерного распределения электрического заряда, между выступами на рельефной поверхности возможно возникновение разряда, на поверхности появятся дополнительные напряжения, создающие звуковую волну такой силы, которая, так же может привести к разрушению поверхности.
Эти механизмы протекают одновременно и, каждый из них, усугубляет два других [38].
Как было показано в [38] объёмная лучевая стойкость выше поверхностной. Для получения равенства объёмной и поверхностной стойкости необходимо получение высококачественной поверхности, т.е. поверхности с минимальной шероховатостью. Влияние параметров шероховатости поверхности на лучевую прочность будет рассмотрено в разделе 4.1.
Известно, что разрушение поверхности при падании на неё лазерного луча происходит в результате нагрева части этой поверхности. Нагрев осуществляется в результате рассеяния света на поверхности, из-за многократного отражения от микронеровностей на ней при этом происходит локальный нагрев точек на поверхности. Чем больше рассеяние на поверхности, тем меньше лучевая прочность. При падании лазерного излучения на выступающую часть микронеровностей в ней может возникнуть потенциал, если ближайшие участки микронеровностей приобретут противоположный заряд, то между ними может возникнуть разряд, который приведёт к разрушению поверхности.
На рис.4.1 довольно ясно видно наличие царапин на поверхности. Значение величины Ra не ясно отражает наличие таких дефектов. Так же из рисунка видно наличие «волн», отражающих истинный рельеф поверхности. Амплитуда и период волны различны на разных участках рельефа. Выступы и впадина рельефа формируются склонами различного наклона. Однако, этот рисунок не точно отражает распределение высоты и наклона микронеровностей, а так функцию спектральной плотности распределения микронеровностей, поэтому более точную характеристику рельефа поверхности через среднюю шероховатость. Для анализа шероховатости поверхности необходимо рассмотреть следующие характеристики: Среднеарифметическое значение высоты шероховатости (Ra), которая определяется из следующего соотношения: Ra = IZi П ы где Zj - высота точки поверхности на профиле оптического образца, см рис.4.1, нулевой уровень выбирается с помощью прибора Alfa Step-200.
Далее объясним, как эти параметры влияют на лучевую прочность оптической детали. На рис. 4.2 показана функция распределения микронеровностей по высотам, она даёт числовую информацию о наличие микронеровностей той или иной величины. Эта функция может быть описана формулой Гаусса: F(z) = Ae"z ь , где А значение F(z), при z=0, А — максимальное значение F(z), b - значение z, когда F(z) = l/e, b2 =282 [39], 5- среднеквадратическое значение шероховатость, которая определяется по следующей формуле:
